fizik-bilim - Ohm kanunu

Burada, I akım amper, V referans alınan iki nokta arasındaki potansiyel fark volt ve R ohmlaölçülen ve direnç olarak adlandırılan devre değişkeni (volt/amper)dir. Potansiyel fark gerilim olarakta bilinir ve bazen V nin yerine U, E veya emk (elektromotor kuvvet) sembolleri kullanılır.

Bu kanun basit elektriksel devrelerdeki telden geçen akım ve gerilim miktarını açıklar.

Yukarıdaki Ohm kanunu elektrik/elektronik mühendisliği alanında aşırı derecede kullanılan bir eşitliktir. Çünkü gerilim, akım ve direncin birbirleriyle olan ilişkisini makroskopik seviyede inceler. Bu elemanlar çoğunlukla bir elektrik devresinde bulunur.

Bir gerilim kaynağı, V ndan çıkanelektrik akımı, I direnç, R üzerinden geçer. Bu şu şekildedir. Ohm kanunu: V = IR.

Basit tanımlama ve kullanımı

Elektriksel aygıtları içeren elektrik devreleri birbirlerine iletkenlerle bağlanır.(Basit kombinasyonlar için elektriksel devreler maddesine bakın.) Yukarıdaki diyagram yapılabilen en basit elektrik devrelerinden biridir. Batarya gibi bir elektriksel aygıt içinde + ve - terminalleri bulunan bir çemberle gösterilir. Diğer aygıt zig-zag şeklinde resmedilir ve arkasına R harfi konur ve direnç olarak adlandırılır. Gerilim kaynağının + veya pozitif ucu direnci önemsenmeyen bir iletkenle direnç uclarının birine bağlanmıştır. Bu iletkenden geçen akım I ve ok işareti akımın yönünü gösterir. Direncin ikinci ucu başka bir iletkenle voltaj kaynağının - ucuna bağlanır. Bu form kapalı devredir. Çünkü gerilim kaynağının bir ucundan çıkan akım diğer ucuna dönmüştür.

Gerilim negatif yüklü elektronların iletken boyunca hareket ettiği bir elektriksel kuvvettir. Akım elektron akışına ters yönde akar ve direnç akıma karşı gösterilen zorluktur.

Ohm Kanununda bahsedilen 'iletken' üzerinde gerilimin ölçüldüğü bir devre elemanıdır. Dirençler elektrik şarjının üzerinden yavaçca aktığı iletkenlerdir. 10 megaohmluk bir dirençe sahip olan bir iletken 0,1 ohmluk bir dirence sahip olan iletkene göre daha zayıf bir iletkendir ve iyi iletken sayılmaz. (Yalıtkan maddelere bir gerilim uygulandığında akımın geçmesine izin vermezler.)

Fizik

Fizikçiler Ohm kanununun şu formunu sık kullanır:

$mathbf{J} = sigma cdot mathbf{E}$

Burada J akım yoğunluğu, (akım/birim alan, Ohm kanunundaki I akımına benzemez), σ öziletkenlik (anisotropik maddelerde Tensörolabilir) ve E elektrik alanı (volt/metre, Ohm kanunundaki V birimine benzemez) dır. Yukarıdaki ifade üç boyutlu herbir vektörün kullanılan biçimlerden biri değildir. (Normalde aşağıdaki örnekte görüleceği şekildedir. Bazen noktanın anlamı skaler çarpımdır. Buradaki nokta sadece basitce kullandığımız matematiksel çarpım anlamındadır.) Buradaki J de görüldüğü gibi kullanılan kartezyen koordinatları, vektördeki herbir bileşen için üç farklı bileşen vardır, Her bileşeninde üç farklı değeri vardır. Örneğin, J ögesinin x, y ve z yönlerinde J_x(x,y,z), J_y(x,y,z) ve J_z(x,y,z) gibi bileşenleri vardır.

Devre tasarımında kullanılan form makroskopiktir, Ohm2un genel formu yaklaşık olarak şu şekilde elde edilir:

Belirlenen iki nokta arasındaki potansiyel fark;

${Delta V} = -int {mathbf E cdot dl}$

veya elektriksel alan bağımsız yoldadır , ${|Delta V|} = {E}{L}$ burada L referans noktalar arasındaki uzaklık. $J=frac{I}{A}$ olduğunda Ohm kanunu şöyle olur:

${I over A} = {sigma |Delta V| over L}$ e İletkenin elektrik direnci öziletkenlik, uzunluk ve kesit alanı ile ifade edilir:

${R} = {L over sigma A}$

${|Delta V| over R}={I}$

Eğer madde B manyetik alannında v hızıyla hareket ediyorsa forma şu ifadeye şu eklenmelidir

$mathbf{J} = sigma cdot left( mathbf{E} + mathbf{v}timesmathbf{B} right)$

Mükemmel metal kafesde öziletkenlik yoktur, fakat gerçek bir metalde kristalografik kusurlar, kirlilikler, çoklu izotoplar ve atomların ısısal hareketler gibi etkiler vardır. Bunlar elektronların saçılmasına sebep olarak dirente değişiklik oluştururlar.

Ohm kanunu Kirçoh gerilim kanunu (KVL) ve Kirşof akım kanunu (KCL) nu elde etmek için yeterlidir. İlk eşitliğin sadece sağ tarafına bakarsak:

$sigma E,$

ve kapalı integral uygularsak:

$int { sigma E cdot dl }$

Yüzey boyunca Stokes teoremini yazabiliriz:

$int_S { sigma nabla times E cdot dA }$

fakat E potansiyeli yönsüz olarak kabul edecez:

$int_S sigma nabla times left( nabla (phi) right) cdot dA$

$int_S sigma times vec{0} cdot dA$

$J = sigma E,$

her iki tarafa yine kapalı integrali uygularsak:

$int J cdot dl = oint sigma E cdot dl$

Maxwell denklemlerinden $curl(H) = J$ :

$int nabla times (H) cdot dl = int sigma E cdot dl$

$int_S H cdot dA = oint sigma E cdot dl$

daha önceki eşitliklerden sağ tarafın sıfır olduğunu biliyoruz:

$int_S H cdot dA = 0$

bu açık yüzeydeki net akımın sıfır olduğunu gösteriyor.

Elektrik ve elektronik mühendisliğinde kullanımı

Ohm kanunu elektrik devrelerinin analizinde kullanılan bir eşitliktir, mühendisler ve bilgisayarcılar tarafından da kullanılır. bugün bile iş yoğunluğunu azaltmak için elektrik devrelerin analizinde bilgisayarlarda kullanılıyor.

Hemen hemen bütün devrelerde dirençli elemanlar vardır ki bunların hemen hemen hepsinde ideal omik devreler dikkate alınır.

Hidrolik analog

Gerilim, akım ve direnç değerleri soyut kavramlardır,Başlangıçta elektrik mühendisliği öğrencileri su akışı için yardımcı analog terimler buldular. Su basıncı, pascal ile ölçülür ve, analog gerilimdir. Çünkü su akışını (yatay) olarak sağlayan borunun iki nokta arasındaki su basınç farkı hesaplanıyor Suyun akışı litre (veya galon) dakikadaki su miktarıdır. coulomb/saniye gibi analog bir akımdır.

Şerit direnci

Genellikle yalıtılmış tabakalara yerleştirilen ince metal şeritler elektrik akımını filmin yüzeyine paralel olarak taşınmak için kullanılır. Çoğu aygıtın elektriksel hassasiyetini açıklamak için ohm/birim kare terimi kullanılır. Şerit direnci maddesine bakın.

Sıcaklık etkileri

İletkenin sıcaklığı yükseldiğinde elektron ve atomlar arasındaki çarpışmalar da artar. Bu bir maddeyi ısıtmak gibidir Elektriksel akış artacağından dolayı direnç de artacak. Yarı iletkenler istisnadır. Ohmik bir maddenin direnci sıcaklığa bağlıdır:

Bu sıcaklıktan bağımsızlık omik olmayan maddeler için geçerli değildir, çünkü verilen sıcaklıkta, akım ve gerilimle değişmez